《微机原理第七章：基本输入输出接口讲述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理第七章：基本输入输出接口讲述（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章：输入 / 输出接口 内容摘要：内容摘要： 输入和输出设备是计算机系统的组成部分输入和输出设备是计算机系统的组成部分 程序、数据和各种信息，需要通过输入设备送入计算机程序、数据和各种信息，需要通过输入设备送入计算机 计算结果或控制信号要通过输出设备得以实现计算结果或控制信号要通过输出设备得以实现 CPUCPU与外设交换信息是计算机系统中重要和频繁的操作与外设交换信息是计算机系统中重要和频繁的操作 本章主要介绍：本章主要介绍： 接口的概念接口的概念 CPUCPU与外围设备交换信息的方式与外围设备交换信息的方式 71 接口概述 计算机系统由主机和外部设备两大部分组成计算机系统由主机和外部设备
2、两大部分组成 外设不能直接和计算机系统的三总线相连接。其原因如下：外设不能直接和计算机系统的三总线相连接。其原因如下： 1 1外设的多样性，形式复杂：电子式、电磁式、光电式等；外设的多样性，形式复杂：电子式、电磁式、光电式等； 2 2外设与外设与CPUCPU之间交换的信息的多样性：之间交换的信息的多样性： 信息类型信息类型：数据信息、控制信息、状态信息：数据信息、控制信息、状态信息 信息模式信息模式：模拟信息、数字信息：模拟信息、数字信息 传递形式传递形式：串行传递、并行传递：串行传递、并行传递 3 3从外设管理和提高从外设管理和提高CPUCPU的效率方面的效率方面 须在外设和须在外设和CPU
3、CPU三总线之间增设一个能控制外设与三总线之间增设一个能控制外设与CPUCPU进行信息进行信息 交换的中转电路，用来协调交换的中转电路，用来协调CPUCPU和外设的信息交换及工作秩序。和外设的信息交换及工作秩序。 这个中转电路就是接口电路这个中转电路就是接口电路 对于不同的外部设备，其接口电路也是不同的。（见下图）对于不同的外部设备，其接口电路也是不同的。（见下图） 不同外设与计算机主机之间的接口 输入接口输入接口输出接口输出接口外存接口 外存接口 内存接口内存接口 内存内存 CPUCPU 通信接口通信接口智能仪器接口智能仪器接口过程控制接口过程控制接口 控制线控制线 地址线地址线 数据线数据
4、线 711 I/O 接口的主要功能及结构 1 1接口电路是外设和接口电路是外设和CPUCPU进行连接的桥梁和交换信息的中转站进行连接的桥梁和交换信息的中转站 2 2通过接口电路交换的信息：通过接口电路交换的信息： 状态信息：外设状态经接口电路传递给状态信息：外设状态经接口电路传递给 CPUCPU，使使CPU CPU 了解外设了解外设 当前的状态，以便进行下一步的操作；当前的状态，以便进行下一步的操作； 控制信息：控制信息：CPU CPU 的控制信息经接口电路传递给外部设备，控制的控制信息经接口电路传递给外部设备，控制 外设进行有序的工作；外设进行有序的工作； 数据信息：通过接口电路数据信息：通
5、过接口电路CPUCPU与外设间交换有效的传递。与外设间交换有效的传递。 3 3接口的基本功能就是对数据传送控制：接口的基本功能就是对数据传送控制： 包括信号暂存、数据格式转换、传送路径的切换控制和状态信号包括信号暂存、数据格式转换、传送路径的切换控制和状态信号 的交换、通讯控制、设备动作、定时控制、中断管理及错误检测的交换、通讯控制、设备动作、定时控制、中断管理及错误检测 等功能。等功能。 一、接口的概念：一、接口的概念： I/O 连接示意图 接口在接口在 CPU CPU 与外设之间建立一个缓冲区与外设之间建立一个缓冲区 解决了解决了CPUCPU与外设之间在：与外设之间在： 数据形式、数据传递
6、方式及传递速率上存在很大差异的矛盾。数据形式、数据传递方式及传递速率上存在很大差异的矛盾。 CPUCPU或或 系统总线系统总线 外外 设设 I I/ /OO 接口接口 电路电路 二、I/O 接口电路的组成： 1 1与外设相连接，用以传递信息，与外设相连接，用以传递信息，具有暂存信息的寄存器部件。具有暂存信息的寄存器部件。 暂存信息的部件被称为暂存信息的部件被称为 端口端口 端口根据存放信息类型的不同，分以下三种：端口根据存放信息类型的不同，分以下三种： 1 1）数据端口：数据端口：一般为双向一般为双向 2 2）控制端口控制端口：单向输出：单向输出 3 3）状态端口状态端口：单向输入：单向输入
7、每个端口具有自己的地址。因此，接口电路具有多个端口地址每个端口具有自己的地址。因此，接口电路具有多个端口地址 2 2与计算机总线相连接：与计算机总线相连接： 数据总线缓冲器数据总线缓冲器：接数据总线，用传递数据信息，为双向三态：接数据总线，用传递数据信息，为双向三态 逻辑控制电路逻辑控制电路：接控制总线，控制端口的读、写状态：接控制总线，控制端口的读、写状态 地址译码电路地址译码电路：接地址总线，接受地址信息，寻找被访问的端口：接地址总线，接受地址信息，寻找被访问的端口 接口是接在计算机总线和外设之间的一个电路 DBDB 控控 制制 信信 号号 数数 据据 信信 号号 状状 态态 信信 号号
8、外 围 设 备 A A0 0 AnAn CBCB 控制端口控制端口 接口接口 状态端口状态端口 数据端口数据端口 控制控制 逻辑逻辑 内部内部 地址地址 译码器译码器 数据数据 总线总线 缓冲器缓冲器 地地 址址 译译 码码 器器 7.1.2 I/O 端口的编址方式 接口电路中的端口是用来暂存与接口电路中的端口是用来暂存与CPUCPU交换的信息，交换的信息， 由接口电路中的内部寄存器构成；由接口电路中的内部寄存器构成； CPUCPU可以象访问存储器一样直接对端口进行读写操作。可以象访问存储器一样直接对端口进行读写操作。 因此，必须对接口电路中的这些端口一一分配地址。因此，必须对接口电路中的这些
9、端口一一分配地址。 对端口分配地址的方式称为：对端口分配地址的方式称为：端口地址编址方式端口地址编址方式 编址方式有两种：编址方式有两种： 1 1统一编址统一编址 和存储器的存储单元一起进行编址和存储器的存储单元一起进行编址 2 2单独编址单独编址 给端口单独分配地址空间给端口单独分配地址空间 7.1.2 I/O 端口的编址方式 一、一、I/O I/O 端口统一编址端口统一编址 I/O I/O 端口和存储单元按照存储单元的编址方法统一编排地址号，端口和存储单元按照存储单元的编址方法统一编排地址号， 由由 I/O I/O 端口地址和存储单元地址共同构成一个统一的地址空间。端口地址和存储单元地址共
10、同构成一个统一的地址空间。 优点：访问端口同访问存储器一样，不需专用的指令优点：访问端口同访问存储器一样，不需专用的指令 缺点：占用了存储器的地址空间，使存储器的地址空间减少缺点：占用了存储器的地址空间，使存储器的地址空间减少 I I/O /O 地址空间和内存地址空间是相对独立的，有两个地址空间，地址空间和内存地址空间是相对独立的，有两个地址空间， 即即 MEMMEM 和和 I/OI/O 地址空间，由专用控制线来确定要访问的对象。地址空间，由专用控制线来确定要访问的对象。 优点：不占用存储器的地址空间优点：不占用存储器的地址空间 缺点：访问端口必须使用专用的指令（如缺点：访问端口必须使用专用的
11、指令（如 IN / OUTIN / OUT） 8086 CPU 8086 CPU系统采用了单独编址方式，并通过系统采用了单独编址方式，并通过 M /IO M /IO 控制信号来控制信号来 区分地址线上的地址是用于访问存储器或是访问端口的。区分地址线上的地址是用于访问存储器或是访问端口的。 二、二、I/O I/O 端口独立编址端口独立编址 7.1.2 I/O 端口的编址方式 三、端口地址的寻址方式三、端口地址的寻址方式 1 1直接端口寻址方式：直接端口寻址方式： 输入输出端口地址在指令中以输入输出端口地址在指令中以立即数立即数 n n （8 bit8 bit）表明。表明。 直接寻址可寻址直接寻址
12、可寻址256256个输入端口和个输入端口和256256个输出端口。个输出端口。 2 2间接端口寻址方式间接端口寻址方式 输入输出端口地址由输入输出端口地址由 DX DX 寄存器寄存器（16 16 bitbit）间接寻址。间接寻址。 间接寻址可寻址间接寻址可寻址 65536 65536 个输入输出端口。个输入输出端口。 虽然虽然PCPC机有高达机有高达2020位的地址总线，但对位的地址总线，但对I/OI/O端口地址来讲仅使用端口地址来讲仅使用 A A 0 0 AA15 15位地址线，因此 位地址线，因此I/OI/O接口地址最大寻址范围为接口地址最大寻址范围为 64 64KK。 。 7.1.3 I
13、/O 端口地址的译码 一、固定式译码一、固定式译码 二、开关式可选地址译码二、开关式可选地址译码 三、三、PC/XT PC/XT 端口地址分配端口地址分配 请请自学自学 72 数据传送方式 CPUCPU与接口之间的信息传递，实际上是与外设之间的信息传递。与接口之间的信息传递，实际上是与外设之间的信息传递。 因外设接收和发送信息的速度差别很大，应针对不同的外设采用因外设接收和发送信息的速度差别很大，应针对不同的外设采用 不同的控制方式进行信息的传递。不同的控制方式进行信息的传递。 常用传递信息的方式有四种：常用传递信息的方式有四种： 无条件传送方式无条件传送方式 中断控制方式中断控制方式 查询传
14、送方式查询传送方式 DMA DMA 控制方式控制方式 7.3.1 无条件传送方式 外设的接口电路，应随时做好接收或输出数据的准备；以保证外设的接口电路，应随时做好接收或输出数据的准备；以保证 信息的可靠传输，下列设备可采用此控制方式进行信息的传送：信息的可靠传输，下列设备可采用此控制方式进行信息的传送： 1 1输入设备：信息变化缓慢的外设；输入设备：信息变化缓慢的外设； 2 2输出设备：能对输出的信息立即做出反应的外设；输出设备：能对输出的信息立即做出反应的外设； 3 3信息变化呈周期性、且定时的周期为已知的外设。信息变化呈周期性、且定时的周期为已知的外设。 CPU CPU 可以没有任何条件随
15、时访问可以没有任何条件随时访问外部设备外部设备与其交换信息与其交换信息 端口端口 地址地址 译码器译码器 往输出设备往输出设备 输出输出 锁存器锁存器 输入输入 缓冲器缓冲器 来自输入设备来自输入设备 7.2.2 查询传送方式 当当CPU CPU 需要同外设交换信息时，首先对外设的状态进行查询，需要同外设交换信息时，首先对外设的状态进行查询， 得知外设已做好数据接收或发送的准备时，才进行信息交换。得知外设已做好数据接收或发送的准备时，才进行信息交换。 一查询输入传送方式 读读状态信息状态信息 输入数据输入数据 READYREADY？ N N Y Y 三态三态 缓存器缓存器 数据数据 锁存器锁存器 状状 态态 信信 号号 输输 入入 设设 备备 地地 址址 译译 码码 02H02H 数据数据 控制控制 STBSTB 0101HH M/IOM/IO RDRD LL：IN AL，02H TEST AL，01H JZ LL IN AL，01H CPCP D D QQ R RD D R RD D ：置零置零 1 1 二查询输出传送方式 读读状态信息状态信息 输出数据输出数据 BUST BUST ？ Y Y N N NN：IN AL，04H AND AL，80H JNZ NN MOV
